对于遥测发射机的调制的选择(二)

多频相移键控包含多级传输而非二进制数据，其总带宽B=2Mf，其中M为符码(码元)数，f_s为符码率。因此，M进制FSK比其它调制方案(如M进制PSK)要求有更宽的带宽。与其它调制方案(如BPSK.)相比，随着M上升，误码率率下降。

在相移键控调制(PSK)系统中，载波的相位随着数据的变化而变化，通过保持载波幅度大体不变，本方案可提供较好的噪声阻抗。将PSK 与ASK两者相结合可大大地提高频谱效率。发送一个波形做为载波，用基带信号作为调制波就可实现二进制移相键控BPSK(BPSK信号也可视作调幅信号)。

在典型的PSK信号频谱中，主瓣 (90??以上的信号功率都集中在此 )和副瓣间的分贝差为14 dB。如此高的副瓣会导致邻道干扰，因此需降低副瓣的功率。通过对基带信号和低通滤波可有效抑制(尽管不能完全消除)不必要的副瓣信号。然而，这样会造成有用信号失真，导致信号通道中某个数据位和其邻近数据位的局部重迭 ，这一现像被称为码间干扰。可采用均衡滤波器使码间干扰ISI最小化。

如图6所示，可采用信号混频器相应地改变载波的幅度、相位或频率以实现对载波的调制，混频器输出两种信息状态，分别代表1和0。与混频器相比，正交调制器可同时改变载波的任一参数(幅度、相位或频率)以表示相应信息。正交调制器由一个移相器，两个混频器另加信号混频级组成。

正交调制器产生一个正交相位位移键控信号，该信号可用式13表示，其中：

QPSK基带信号的相位突变会引起高频频谱成分，频谱宽度也相对变宽。基带的频谱范围较大，并随着载波的传输被移到载波附近，但其频结构不变。 当符码率为1/T_s = 0.5T_b,时，QPSK中的相位发生突变(可高达180度) ，T_b为数据率。

这类相位突变会使载波幅度发生本质变化，导致QPSK通信系统中的故障。许多系统在其发射机中采用非线性功率输出级以抑制幅度变化，然而，也因为其非线性，这些输出级会在主瓣范围外产生频谱成分，从而抵消带通限制过滤效应，并导致通道间干扰。Staggered 或正交(偏移)QPSK (OQPSK), 将相位变化限制在90度 (常用来代替180度)。 通过将相移限制在90度，QPSK数据列被逐个延迟数据率的半个周期，信号包封不会为0。BPSK的误码率与 QPSK 及 OQPSK相同。

最小移频键控的一个重要特性就是其相位的连续性。偏移正交相移调制QPSK 和MSK一样，调制后的传输数据占用半个正弦波周期。MSK 的信号重迭为常量，避免了像OQPSK系统中的90度相位突变。在MSK中，与正交载波相乘的基带信号波形比偏移四相相位键控OQPSK中陡峭的方波要平滑许多。与此同时，MSK的主瓣频宽为QPSK主瓣频宽的1.5倍;而MSK的副瓣频宽较小，这使得滤波更为容易。

MSK的数学表达式为式14。MSK信号为正交信号，其中的每项与数据相乘，为使其平滑，数据通过正弦波调制。 因其波形类似OQPSK的修改版 ，故也可称它为"shaped OQPSK."。可将MSK信号按FSK信号形式显示。

通过使用三角等式，MSK的方程可为15式，式中两项的幅度可用式16中的EH 、 EL来取代，则MSK信号如式17所示。

若de(t) and do(t) 为双极值 +1、 ­1，与此同时EH、EL的值分别为0 、1。尽管传输信号的幅度保持不变，但其角频率为 w_H 或 w_L，有点像FSK信号。至于位间隔T_b,的正交状态，以下结果是令人满意的：

考虑到三角等式2sin(A)sin(B) = cos(A + B) ­ cos(A ­ B),，可见，在以下条件时信号可保持正交状态：

从而有21式。

当 m ­ n = 1且f_L ≠ 0.时，可得f_L 与f_H间的最小差值。当m、n为最小值，即n = 1 且 m = 2时, 则 f_H = 3fb/4 、 f_L = fb/4. 当 w_L ­ w_H = 2 Ω, 则 Ω = 2π(fb/4). 正因如此，这一调制方案被称之为最小相移键控(MSK)

至此，输入数据已被调制成半个正弦波形。在高斯MSK (GMSK)中,输入数据用高斯脉冲调制。与MSK相比，其相移被降至小于π/2，且相位状态间的过渡也更平滑。

高斯脉冲的数学表达式如下：

其中：β=3dB带宽

在连续相位调制方案中，载波的相位变化更为平滑。然而，若要使这一平滑的相位变化保持其连续性，就要将之前的符号(symbol)存储于存储器L，当L=1时，该调制方案亦为一个完整响应系统或二进制CPM(被定义为MSK)，当L大于1时，其为局部响应CPM方案。与OQPSK或 MSK相比，连续相位调制方案之优势在于，它确保可快速频谱抑制及保证较窄的频谱。

若用MATLAB 及 Simulink对 MSK、GMSK调制器进行仿真，通道边界的功率等级优于80dB，这是因为按无线规定，临近通道的最大允许等级必须优于60dB。通过以上仿真，所有的调制器都能达到这一要求。

作者：Dr. Tufik Buzid